科学家揭示维系宇宙运行的隐秘结构
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科学家绘制出迄今最详尽的暗物质分布图，揭示了这种遍布宇宙的物质如何影响恒星、星系和行星的形成。为暗物质如何凝聚普通物质形成银河系等星系并最终孕育地球等行星提供了新见解。近日，相关成果发表于《自然-天文学》。
哈勃太空望远镜（左）和詹姆斯·韦布空间望远镜（右）观测到的暗物质分布。图片来源：COSMOS-Webb collaboration 该成果基于美国国家航空航天局（NASA）詹姆斯·韦布空间望远镜（以下简称韦布）的新观测数据，由英国杜伦大学、NASA喷气推进实验室（JPL）以及瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）共同领导完成。
新绘制的暗物质分布图不仅验证了先前的研究成果，更揭示了暗物质与构成可见物质（可感知、可触及、可交互的物质）之间的关联。
在宇宙诞生之初，暗物质与普通物质可能都稀薄地分布于太空中。科学家认为暗物质率先开始聚合，其引力随后吸引普通物质，形成致密区域，为恒星和星系的形成奠定基础。
这一过程奠定了当今宇宙中星系分布的整体格局。通过使星系和恒星比预期更早形成，暗物质也为行星发展创造了必要条件。若没有这种早期影响，构成生命所需的元素可能永远不会在星系中形成。
“通过以前所未有的精度揭示暗物质，我们的图谱展现了宇宙中这种不可见成分如何塑造可见物质，最终促成星系、恒星乃至生命的诞生。”论文作者、杜伦大学的Gavin Leroy表示，“研究揭示了暗物质无形却至关重要的作用——作为宇宙‘建筑师’，它逐步构筑出我们通过望远镜观测到的各种宇宙结构。”
暗物质无法被直接观测，因为它既不发射、反射、吸收光线，也不阻挡光线。它在普通物质间穿行时不与之产生任何相互作用，宛如幽灵。其存在是通过引力效应探测的，新分布图以前所未有的清晰度呈现了这一效应。关键证据之一是暗物质分布图与普通物质分布图的高度一致性。
研究人员指出，韦布的观测表明这种一致性并非偶然。相反，它反映了暗物质在宇宙演化历程中持续吸引普通物质的引力作用。
论文作者、杜伦大学的Richard Massey表示，当今宇宙中，只要存在普通物质的地方，就必然存在暗物质。
"每秒就有数十亿暗物质粒子穿过你的身体。它们不会造成伤害，只是径直穿行而过。但环绕银河系的整个暗物质云团的引力足以维系整个星系的完整。若无暗物质，银河系早已解体。”Massey说。
这张分布图所覆盖的天区约为满月面积的2.5倍，位于六分仪座内。韦布对该区域进行了约255小时的观测，识别出近80万个星系，其中许多是首次被观测到。为了定位暗物质，研究团队测量了其质量如何弯曲空间，进而使来自遥远星系的光线发生偏折，就像光线穿过一块扭曲的窗玻璃。
该分布图所含星系数量约为此前同区域地面观测地图的10倍，是哈勃太空望远镜观测的两倍。它揭示了新的暗物质聚集区，并以更高清晰度呈现了哈勃此前观测的区域。
“这是我们利用韦布绘制的最大规模的暗物质图，其清晰度是其他望远镜绘制的暗物质图的两倍。”论文作者、JPL的Diana Scognamiglio表示，“过去我们看到的只是模糊的暗物质图像，如今借助韦布令人惊叹的分辨率，我们得以清晰观察到宇宙中不可见的结构。”
为提升星系分布图中众多星系的距离测量精度，研究团队使用了韦布的中红外仪器（MIRI）。杜伦大学参与了MIRI的研发工作，该仪器由JPL负责设计并管理。该仪器尤其擅长探测隐藏在厚重宇宙尘埃云后的星系。
该团队计划通过使用欧洲航空局的欧几里得望远镜和NASA即将推出的南希-格雷斯-罗曼太空望远镜绘制整个宇宙的暗物质分布图，从而扩大研究范围。这些未来的观测将有助于科学家更好地了解暗物质的基本性质以及如何演变。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41550-025-02763-9
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